施工排水方案.docx
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施工排水方案
目录
1.工程概况1
1.1概述1
1.2水文地质条件2
1.3最大涌水量3
2.施工布置4
2.1排水总说明4
2.2排水区域划分5
2.21#引水隧洞排水布置6
2.4施工支洞及交通洞排水布置7
2.4施工风、水、电8
3.施工计算9
3.1管路水头损失计算9
3.2排水沟排水量计算10
4.施工方法13
4.1抽排水总体方案13
4.1.1排水说明13
4.1.2反坡排水施工方法14
4.1.3顺坡排水施工方法16
4.2各排水区施工方法17
4.2.1取水口排水区排水方案17
4.2.20#施工支洞排水区施工方法18
4.2.31#施工支洞排水区施工方法22
4.2.42#施工支洞排水区施工方法23
4.2.5交通洞排水区施工方法25
4.2.62#无压隧洞排水区施工方法27
4.3地下水处理方案27
4.3.1地下水处理27
4.4施工区排水方案29
5.资源配置30
5.1机械设备配置30
5.2人员配置31
6.质量保证措施31
7.安全保证措施32
8.附图33
1.工程概况
1.1概述
小浪底引黄工程引水干线施工I标主要建筑物包括:
取水口、1#引水隧洞、地下泵站1#交通洞、地下泵站2#交通洞、2#引水隧洞(长1.67km)、1#引水隧洞施工支洞、弃渣场及施工围堰等。
取水口位于板涧河入黄河河口上游600m左岸,取水建筑物包括引渠段和进水塔段组成。
取水口后接1#有压引水隧洞长5917m,设计纵坡3.5327%。
,断面为圆形,洞径~=4.5m,采用C25钢筋混凝土衬砌。
本标段范围:
桩号S0+000〜S5+800段。
地下泵站1#交通洞净断面尺寸7m×8m(宽×高),总长1105.189m期中明洞段长89.68m,最大坡纵9.0%。
地下泵站2#交通洞净断面尺寸6.2m×6.1m(宽×高),长175.602m,最大纵坡8.35%。
2#隧洞,本标段内长度1.67km,设计流量20.0m³/s,隧洞为新开挖隧洞,设计纵坡1/3000,洞内水深3.31m。
洞段围岩类别为IV、V类,断面为城门洞型,净断面尺寸为0m×5.4m(宽×高)。
1#引水隧洞共布置3条施工支洞。
3条施工支洞断面均为城门洞型,净断面尺寸均4.5m×5m(宽×高)。
0号支洞与主洞交点桩号为0+865,0号支洞长约685m,平均纵坡8.5%;1号支洞与主洞交点桩号为3+000,1号支洞长约774m,平均纵坡8.5%;2号支洞与主洞交点桩号为4+660,2号支洞长约921m,平均纵坡9.2%。
地下泵站1号施工支洞1段,长94m,净断面尺寸均为4.5m×5m(宽×高),平均纵坡9.3%,本标段范围:
桩号1Z0+000〜1Z0+020。
1#引水隧洞内涌水按施工工区划分,分段从施工支洞排出。
支洞上游采用顺坡排水,支洞下游采用反坡排水。
主洞与支洞交叉口上游右侧布置主集水井,全洞两侧设置排水沟,适当距离设置集水井,洞内涌水汇入排水沟排至下游集水井内。
集水井内集水采用水泵逐级抽送。
最终排入交叉口主集水井内。
交通洞、施工支洞采用反坡式接力排水,在洞内适当位置设置2~3个主集水井,从主洞与支洞交叉口集水井开始,通过水泵将集水逐级接力排至洞外污水处理池,经处理后排放。
2#无压隧洞主要为渗水,施工时在积水多的地方临时设置集水坑,用水泵抽排至洞外。
1.2水文地质条件
(1)1#引水隧洞桩号0+000(进水塔)~5+000段
本段隧洞设计底髙程206~224,位于地下水位以下40~100m,且在小浪底水库正常蓄水位275m以下。
地下水含量丰富,排水量大,洞内排水形势严峻。
围岩主要分为III~V类,围岩构成复杂,局部稳定性差。
围岩不稳定,规模较大的各种变形和坡坏都可能发生。
桩号0+402〜0+420m段发育F1正断层,地表可见断层破碎带宽度约20m,断层产状NE40〜50°SE∠60〜70°,延伸长度约1.5km。
断层走向与洞线近正交,倾向隧洞进口方向。
在桩号1+485〜1+515m发育F2正断层。
在桩号2+540〜2+580m段发育F2-1正断层,断层产状NE35°NW∠75〜85°,延伸长度约1.5km。
断层走向与洞线近正交,倾向隧洞进口方向。
断层上下盘均为寒武系、奥陶系灰岩、白云岩等。
在桩号4+500〜4+650段发育F3(解村)正断层,断层产状NE75°NW∠50°,延伸长度约13.3km,地表可见断层带宽约10〜30m。
F3断层在本隧洞段横切板涧河河谷。
F1、F2断层北西段与板涧河河谷连通,F2-1、F3断层沿冲沟通向板涧河河谷。
断层在隧洞段为导水断层。
隧洞施工中可能存在渗水或涌水问题,在断层段可能存在断层或岩溶突水或采空区突水、突泥现象,宜引起重视。
(2)交通洞
桩号交0-131~0+000段采用明挖方式,主要地层为第四系全新统洪冲积(Q4pal)低液限粉土夹碎石混合土及卵石混合土。
沟渠两侧边坡主要以覆盖层边坡为主,以碎石土为主,存在沟渠两侧边坡稳定问题。
施工中主要做好坡面排水,以确保边坡稳定。
桩号交0+000~1+026段洞底高程为217~292,桩号0+000~0+290段洞底位于地下水位附近,隧洞施工时可能存在渗水问题,桩号0+290~1+026洞底位于地下水位以下40~70m,施工中存在涌水问题,应考虑排水措施。
桩号围岩分类为III~V类,规模较大的变形和破坏可能发生。
桩号0+695~0+720段发育F24正断层,延伸长度约0.7km,地表局部可见断层破碎带宽2~5m,洞线段断层产状NE30OSE∠60O~80O,走向与洞向近垂直。
该段隧洞围岩岩溶发育,可能存在岩溶突水、突泥问题,宜引起重视。
(3)施工支洞
1)1#施工支洞
洞身桩号0+096m后洞段位于地下水位以下。
桩号0+170~0+190段发育F1正断层,地表可见断层破碎带宽度约20m,断层产状NE40〜50°SE∠60〜70°,延伸长度约1.5km。
断层走向与洞线近正交,倾向隧洞进口方向。
本段围岩以Ⅲ类为主,断层发育位置为Ⅳ类围岩,Ⅳ类围岩洞室不稳定,规模较大的各种变形和坡坏都可能发生,变形破坏严重,建议采用喷混凝土、系统锚杆加钢筋网,并浇筑混凝土衬砌处理。
施工存在涌水问题,应考虑排水措施。
桩号0+245~0+278m段发育F1断层,延伸长度约0.8km,断层破碎带中岩石强烈破碎,见有高岭土化、绿泥石化和擦痕。
洞身围岩多为中等透水,施工中存在涌水问题,在裂隙和岩溶发育段涌水量较大,应考虑排水措施。
2)2#施工支洞
2#施工支洞起点为王安公路板涧河桥附近,终点为引水隧洞桩号S4+660处。
该段洞顶上覆围岩厚度140~180m,隧洞围岩主要为奥陶系中统下马家沟组第一岩组(O2x-1)泥质白云岩夹竹叶状灰岩,岩层产状NE16O~39OSE∠22O~30O。
泥质饱和单轴抗压强度为30〜40MPa,多属中硬岩,软化系数0.68,岩石有遇水易化的特性。
洞身段主要为弱微风化中,岩体完整性较好。
整个洞段位于地下水位以下50m。
围岩类别以Ⅲ类为主,建议喷混凝土、系统锚杆加钢筋网。
施工存在涌水问题,应考虑排水措施。
1.3最大涌水量
根据主洞的日最大涌水量以及各支洞控制主洞的长度,计算支洞的日最大涌水量见表1.3-1:
表1.3-1施工洞日最大涌水量表
支洞
0#支洞
1#施工支洞
2#施工支洞
交通洞
最大
涌水量
12000
15000
15000
20000
根据预测隧道最大涌水量大岛洋志公式:
(式1-1)
式中:
Q0——隧洞最大涌水量(m³/d)
L——洞身通过含水体长度(m)
q0——洞身通过含水体的单位长度最大涌水量(m³/d)
计算支洞通过含水体单位长度最大涌水量见表1.3-2:
表1.3-2支洞通过含水体单位长度最大涌水量表
支洞
0#支洞
1#施工支洞
2#施工支洞
交通洞
最大涌水量Q0(m³/d)
12000
15000
15000
20000
长度L(m)
2485
2574
2321
1300.79
公式
单位长度最大涌水量q0
(m³/d)
4.83
5.83
6.46
15.38
备注
长度L详见表2.1
2.施工布置
2.1排水总说明
引水隧洞全洞段位于推测地下水位以下,且隧洞围岩整体稳定性较差,涌水量较大,需加强初期支护,做好排水及地质超前预报。
0#施工支洞排水能力按1.2万m3/天考虑,1#、2#施工支洞排水能力按1.5万m3/天考虑,交通洞排水能力按2.0万m3/天考虑。
如何施工排水是本标段工程施工的重点和难点。
应对措施:
(1)地下水主要补水为大气降水、水库渗水,主要通道为断层破碎带和岩溶通道,F1、F2为导水断层,随库水位升降而升降,来水量是变化的,在支洞末端设集水井,集中抽排,为适应流量变化布置4台水泵,(一台备用)支洞末端为Ⅲ类围岩,可加大开挖断面,集水井容量大于30方,避免频繁抽水对运行有利,主排水管易大不宜小。
(2)支洞下游工作面是排水的难点,根据地质情况打超前孔探明涌水情况,在涌水段(多为断层破碎带)前预先打好集水井,安好水泵,然后继续开挖,避免突发涌水水淹作业面。
(3)涌水洞段,短进尺,边挖边完成钢支撑喷锚支护,对该部位全断面封闭,同时埋排水管,将水直接引入支洞集水井。
(4)支洞上游工作面涌水通过排水沟(或引水管)回流到支洞集水井,在支洞与主洞相交处主洞下游预留2m长岩坎挡水,使上游工作面的水不流到下游工作面影响施工。
(5)集水井一般布置在III类围岩区,在集水井周围安装护栏,以保证安全。
组织公司专家有针对性的对本标段施工排水进行合理的组织设计,包括最大排水流量、排水功率、水泵台数、排水管道直径等。
以满足和确保工程施工排水要求。
施工期排水遵循“高引低排”的原则,分别采用“截、堵、导、引、抽、排”等不同的方法,将汇水引出施工支洞。
1)成立以项目经理为第一责任人的抽排水领导小组,全面负责协调本标段抽排水工作,主持编制本标段的施工抽排水措施。
2)进场后应根据实际情况修改完善施工排水方案。
3)按正常排水从人员、设备、物资等着手,合理配备一定数量的抽水机、污水泵、以保证洞内排水的抽排能力。
4)为预防施工过程中发生的突水情况,在满足正常抽排水能力的情况下,预备一定数量的抽排设备和柴油发电机。
5)充分利用水情测报系统,配备专业人员,认真分析业主提供的水情测报数据,并结合该流域的水文气象历史资料,预测洞内涌水特性,为工程抢险提供可靠的参考数据。
6)对涌水、断层地段的地形地貌和位置、形状、大小以及其影响范围作详细调查,弄清其与隧道的位置关系。
调查断层的形态、规模及其分布位置、高程、延伸方向、与地表水系的水力联系情况,评估其对隧洞的影响大小。
采取断层处理开挖、断层回填混凝土塞、超前勘探钻孔、超前堵水灌浆、强力抽排等措施。
主要的预报措施有:
超前综合物探和施工过程中的超前水平探孔。
7)对洞内的重大设备和难以迅速撤退的材料等制定详细、周密的撤退方案,包括撤退路线,人员、设备的组织安排等,并保证道路的畅通,确保所有材料、人员和设备安全撤退至安全地段。
8)在业主协调下,主动与当地气象部门合作,了解区域水文气象的中长期预报,对年度渡汛要求和难度做出整体估计,为防汛早作准备。
优化施工组织设计,精心安排施工总进度计划,确保施工期内的抽排水要求。
2.2排水区域划分
根据施工区域的排水强度及施工工作面布置,本标段排水区域做以下规划:
表2.2排水区域划分
区域名称
负责范围
长度(m)
总长度(m)
总排水量m³/d
备注
取水口排水区
引渠段
171
171
/
竖井
/
/
/
0#施工支洞排水区
1#引水隧洞S0+000~S1+800
1800
2485
12000
0#施工支洞
685
1#施工支洞排水区
1#引水隧洞S1+800~S3+600
1800
2574
15000
1#施工支洞
774
2#施工支洞排水区
1#引水隧洞S3+600~S5+000
1400
2321
15000
2#施工支洞
921
交通洞排水区
1#交通洞
1105.189(其中明洞长89.68m)
1300.791
20000
2#交通洞
175.602
泵房1#施工支洞
20
2#无压隧洞排水区
2#无压隧洞
1670
1670
/
2.21#引水隧洞排水布置
我标段1#引水隧洞内涌水将分段从施工支洞排出。
支洞上游采用顺坡排水,支洞下游采用反坡排水。
1#引水隧洞内排水布置见表2.2
表2.31#引水隧洞排水布置
桩号
排入支洞
支洞位置
上下游桩号
长度(m)
排水方法
S0+000~S1+800
0#支洞
S0+865
S0+000~S0+865
(上游)
865
顺坡排水
S0+865~S1+800
(下游)
935
反坡排水
S1+800~S3+600
1#支洞
S3+000
S1+800~S3+000
(上游)
1200
顺坡排水
S3+000~S3+600
(下游)
600
反坡排水
S3+600~S5+000
2#支洞
S4+660
S3+600~S4+660
(上游)
1060
顺坡排水
S4+660~S5+000
(上游)
340
反坡排水
2.4施工支洞及交通洞排水布置
为了满足引水隧洞施工,共规划3条施工支洞(0#、1#、2#),各施工支洞布置特性见表2.4-1:
表2.4-1施工支洞布置特性表
支洞
编号
长度
(m)
平均纵坡(%)
断面
形式
断面尺寸
(宽×高)
(m)
支洞用途
备注
0#
685
8.52
城门洞形
4.5×5
引水隧洞施工
1#
774
8.51
城门洞形
4.5×5
引水隧洞施工
2#
921
9.22
城门洞形
4.5×5
引水隧洞施工
根据主洞的日最大涌水量以及各支洞控制主洞的长度,0#支洞最大涌水量为1.2万m³/d,1#、2#施工支洞最大涌水量为1.5万m³/d,交通洞最大涌水量为2万m³/d。
由于涌水量较大,本工程拟在各施工支洞开挖大型主集水井,在集水井旁设立多级泵站,采用反坡式接力排水的方法,将集水逐级从下游集水井抽排至上游集水井,以下为各施工支洞及交通洞特性表。
表2.4-2施工支洞特性表
名称
地形扬程
管路损失
水泵扬程
额定扬程
斜坡段长度
管道长度
坡度
管道直径
备注
(m)
(m)
(m)
(m)
(m)
(m)
(%)
(mm)
管路损失计算详见3.1:
管路水头损失计算
0#支洞
58.4
1.47
60
75
688
715
8.5
450
1#支洞
65.9
2.60
69
85
777
830
8.5
450
2#支洞
85.0
3.01
88
100
925
965
9.2
450
1#交通洞
75.0
5.91
81
100
1018
1100
9.0
450
注:
1.管路损失计算详见3.1管路水头损失计算
2.排水干管选用5米一节钢管,法兰连接,最下面一节接水泵的留四至五个管口,用闸阀封堵,以备接水泵。
2.4施工风、水、电
施工供风、供水、供电布置见表2-4:
表2.4施工风水电布置
编号
布置位置
范围
施工供风
施工供水
施工供电
备注
设备配置
数量(台)
管径/长度
(m)
水池大小
取水
水泵配置
变压器型号
数量
注:
1、另外布置2台6m3/min柴油移动空压机作为临时工程用风。
2、另在0#、1#、2#、交通洞处各布置1台200KW的柴油发电机作为备用电源。
1#
取水口
取水口、引水隧洞进
口、上游围堰
电动固定式空压机:
V-22/720m3/min1台
1
DN150/100
DN100/150
50m³
用水泵从黄河取水
单级离心泵:
IS80-50-315
S11-500/10/0.4
1台
2#
0#施工支洞进口
0#施工支洞、引水隧洞
电动固定式空压机:
V-22/720m3/min2台
2
DN150/300
DN100/2500
50m³
用水泵从黄河取水
单级离心泵:
IS80-50-315
S11-1000/10/0.4
1台
3#
1#施工支洞进口
1#施工支洞、引水隧洞
电动固定式空压机:
V-22/720m3/min2台
2
DN150/300
DN100/2500
50m³
用水泵从板涧河取水
单级离心泵:
IS80-50-315
S11-1000/10/0.4
1台
4#
2#施工支洞进口
2#施工支洞、引水隧洞
电动固定式空压机:
V-22/720m3/min2台
2
DN150/300
DN100/2500
50m³
用水泵从板涧河取水
单级离心泵:
IS80-50-315
S11-1000/10/0.4
1台
5#
交通洞进口
交通洞
电动固定式空压机:
V-22/720m3/min2台
2
DN150/300
DN100/1000
50m³
用水泵从板涧河取水
单级离心泵:
IS80-50-315
S11-1000/10/0.4
1台
6#
2#无压隧洞进口
2#无压隧洞
电动固定式空压机:
V-22/720m3/min2台
2
DN150/300
DN100/1500
50m³
用水泵从板涧河取水
单级离心泵:
IS80-50-315
S11-630/10/0.4
1台
3.施工计算
3.1管路水头损失计算
(1)管道总水头损失计算公式
(式3-1)
式中:
hf——沿程水头损失
hj——局部水头损失
1)沿程水头损失
计算均匀流沿程水头损失的基本公式—达西公式
(式3-2)
式中:
λ——水力摩擦系数;
L——管段长度(m);
di——管道内经(m);
V——平均流速(m/s);
g——重力加速度,9.81m/s2
本段输水管道为钢管,根据舍维列夫进行的钢管及铸铁管的实验,提出了计算过渡区及阻力平方区的阻力,
(式3-3)
将式2-3代入式2-2得:
(式3-4)
取L=1m,即沿程水头损失hf为管道单位长度的水力坡降i,可得
(式3-5)
注:
以上公式中的i值均为水温为10°C时的水头损失,如果水温不是10°C,i值均应乘以修正系数K1,见表3.1-1
表3.1-1水温修正系数表
水温°C
0
4
5
10
15
20
25
30
40
K1
1.08
1.05
1.03
1.00
0.96
0.93
0.91
0.89
0.85
2)局部水头损失
输水管的局部水头损失,可按其沿程水头损失的5%~10%计算(局部水头损失一般可不作详细计算,只进行估算。
局部水头损失估算系数应根据管线上弯头、三通、附属设施等局部损失点的数量确定,局部损失点多时取高值)。
3)本标段输水主管管路水头损失计算
本标段输水主管为DN450钢管,过水断面面积A按满流来计算,即
;
管道输送流量Q用最大涌水量来计算,计算时单位换算为m³/s;流速
;把v、d代入式3-5得出沿程水头损失水力坡降i。
局部水头损失按沿程水头损失的7.5%来计算。
计算结果见表3.1-2:
表3.1-2管路水头损失计算表
管路位置
最大涌水量(m³/d)
最大涌水量(m³/s)
管道过水断面面积m2
流速m/s
管道直径(m)
水力坡降i
管长(m)
沿程水头损失(m)
局部水头损失(m)
管路总水头(m)
0#支洞
12000
0.139
0.159
0.873
0.45
0.002
715.
1.359
0.102
1.460
1#支洞
15000
0.174
0.159
1.092
0.45
0.003
830
2.407
0.181
2.588
2#支洞
15000
0.174
0.159
1.092
0.45
0.003
965
2.799
0.210
3.008
1#交通洞
20000
0.231
0.159
1.455
0.45
0.005
1100
5.500
0.413
5.913
3.2排水沟排水量计算
1#引水隧洞与支洞交叉口上游控制段为顺坡排水,在隧洞两侧各布置一道30cm(宽)×40cm(高)排水沟,洞内涌水通过排水沟自流排入交叉口主集水井内,由于上游控制段距离较长,为保证排水沟排水能力达到要求,现用计算的方法比较排水沟最大排水量与各控制面最大需排量的大小。
(1)排水沟排水能力计算
排水沟排水能力可以先由谢才公式计算出流速:
(式3-6)
式中:
v——断面平均流速(m/s);
R——水力半径
J——水力坡度
C——谢才系数
(式3-7)
A为过水断面面积,Pw为水流与固体边界接触部分的周长,称为湿周。
本段排水沟尺寸为30cm(宽)×40cm(高),水流最大深度定为30cm,过水断面面积与湿周如下图:
图3.2过水断面与湿周
可得:
A=0.3×0.3=0.09m2
Pw=0.3+0.4+0.3=1m
水力半径R=A/Pw=0.09
水力坡度J近似等于坡度i=0.0035327
谢才系数可以由曼宁公式求出:
(式3-8)
式中:
n——粗糙系数或糙率
排水沟粗糙系数n可以在渠道及天然河道的粗糙系数n值表查得:
n=0.025
由此可得:
=
=26.78
可得:
=
=0.478m/s
排水沟最大排水量:
=0.478×0.09=0.043m³/s=154.71m³/h
2个排水沟最大排水量为309.43m³/h
(2)各施工支洞上游最大需排量计算
由表1.3-2可知:
0#施工洞、1#施工洞、2#施工洞单位长度最大涌水量q0分别为:
4.83m³/d、5.83m³/d、6.46m³/d。
即为0.2012m³/h、0.2428m³/h、0.2693m³/h。
根据公式1-1,可以算出1#隧洞交叉口上游涌水量。
排水沟排水包括涌水及施工用水,施工用水可按20m³/h来计算,最大涌水量与施工涌水量之和,再乘以1.2的安全系数,即为最大需排量。
如下表所示:
表3.21#隧洞各交叉口上游最大需排量
排水区域
单位长度涌水量q0(m³/h)
长度L
(m)
公式
最大涌水量(m³/h)
施工用水(m³/h)
安全系数
最大需排量(m³/h)
备注
0#施工支洞上游
0.2012
865
170.04
20
1.2
228.05
1#施工支洞上游
0.2428
1200
291.36
20
1.2
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